第961章 AI里的白盒黑盒和正则化

p> ：L1 的绝对值惩罚会导致部分参数被 “压缩” 到 0，从而自动完成 “特征选择”（删除对模型贡献极小的特征）。例：用 Lasso 处理 “房价预测” 数据时，若 “小区绿化率” 的参数被置为 0，说明该特征对房价影响可忽略，模型训练时无需考虑。

计算挑战：绝对值函数在处不可导，传统梯度下降无法直接使用，需用 “次梯度下降”“坐标下降” 等特殊优化方法。

适用场景

：特征维度高、存在大量冗余特征的场景（如文本分类中的词袋模型，特征数可能达数万，需筛选核心词汇）。

3. L1 与 L2 的对比：为什么 L1 能稀疏化？

L1 和 L2 的核心差异源于惩罚项的 “几何形状”，可通过 “约束域” 直观理解：假设模型仅含两个参数和，正则化等价于在 “参数空间” 中加入一个约束域，损失函数的最优解需落在 “约束域与损失函数等高线的切点” 上：

L2 的约束域是圆形：切点通常不在坐标轴上，因此参数不会为 0；

L1 的约束域是正方形：正方形的顶点在坐标轴上（如，切点更易落在顶点，导致某一参数为 0。

对比维度

L1 正则化（Lasso）

L2 正则化（Ridge）

惩罚项形式（绝对值和）（平方和）参数效果部分参数置为 0（稀疏化 \/ 特征选择）

所有参数缩小，不置为 0

抗多重共线性

弱（可能删除相关特征中的一个）

强（通过缩小参数缓解相关性影响）

优化难度

高（不可导，需特殊方法）

低（可导，支持梯度下降）

适用场景

高维、冗余特征数据

特征均有意义、需保留所有特征

4. Elastic Net（弹性网络）：L1 与 L2 的结合

为兼顾 L1 的 “特征选择” 和 L2 的 “抗共线性”，Elastic Net 同时引入 L1 和 L2 惩罚项，损失函数为：其中控制 L1 强度，控制 L2 强度。适用场景：特征维度极高且存在多重共线性的场景（如基因数据，特征数远大于样本数，且基因间存在相关性）。

三、深度学习中的正则化方法

深度学习模型（如 cNN、transformer）参数规模庞大（动辄千万级），过拟合风险更高，除了上述 L1\/L2，还需针对性的正则化技术。

1. 权重衰减（weight decay）

本质

：深度学习中 L2 正则化的常用实现方式，通过在优化器中直接对参数进行 “按比例衰减”（如 SGd、Adam 优化器均支持weight_decay参数）。

原理

：每次参数更新时，先将参数乘以一个小于 1 的系数（如 0.99），再进行梯度下降，等价于在损失函数中加入 L2 惩罚项。

注意

：权重衰减仅作用于权重参数，不作用于偏置项和 batchNorm 的参数（因这些参数对模型复杂度影响小）。

2. dropout（随机失活）

原理

（以全连接层为例）：训练时，随机 “关闭”（置为 0）一部分神经元（比例由参数p控制，通常取 0.2~0.5），迫使模型不依赖某一特定神经元，学习更鲁棒的特征；测试时，不关闭任何神经元，而是将所有神经元的输出乘以

就是（或对权重进行缩放），保证输出分布一致。

示例

：一个含 100 个神经元的全连接层，p=0.5时，每次训练迭代会随机选择 50 个神经元置为 0，仅用剩余 50